35kV系统过电压下的设备自我保护与恢复

文章编号：１００４－２８９Ｘ（２０２１）０２－００９８－０５
３５ｋＶ系统过电压下的设备自我保护与恢复
李新强
（晋能控股煤业集团供电分公司，山西　晋城　０４８００６）
摘　要：本文介绍了一种３５ｋＶ系统过电压下的设备自我保护与恢复系统，该系统可以有效解决电压互感器烧毁、熔断器熔断问题，通过工程现场实测数据分析表明，该系统的应用取得了满意的效果。

关键词：过电压；铁磁谐振；电压互感器；自我保护
中图分类号：ＴＭ８６ 文献标识码：Ｂ
Ｓｅｌｆ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＲｅｃｏｖｅｒｙｏｆｔｈｅＥｑｕｉｐｍｅｎｔｕｎｄｅｒ３５ｋＶＳｙｓｔｅｍＯｖｅｒｖｏｌｔａｇｅ
ＬＩＸｉｎ ｑｉａｎｇ
（ＪｉｎｎｅｎｇＨｏｌｄｉｎｇｓＣｏａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＧｒｏｕｐＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＢｒａｎｃｈ，Ｊｉｎｃｈｅｎｇ０４８００６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｋｉｎｄｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔｏｆｓｅｌｆ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｒｅｃｏｖｅｒｙｓｙｓｔｅｍｕｎｄｅｒ３５ｋＶｓｙｓｔｅｍｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｏｌｖｅｖｏｌｔａｇｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｂｕｒｎ ｏｕｔａｎｄｆｕｓｅｂｌｏｗｏｕｔｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｔｈｅａｃｔｕａｌｍｅａｓ ｕｒｅｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｆｉｅｌｄｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｕｓｅｇｅｔｓａｆｉｎｅｒｅｓｕｌｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅ；ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅ；ｖｏｌｔａｇｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｓｅｌｆ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ
１　引言
长期以来，我国３５ｋＶ的电网大多采用中性点不接地的运行方式。

此类运行方式的电网在发生单相接地时，故障相对地电压降低，非故障相的对地电压将升高３ ５倍相电压甚至更高，这就需要ＰＴ饱和特性要好，即饱和点要高；某３５ｋＶ系统中由于过电压引起ＰＴ烧毁、高压熔丝熔断等问题却一直没有得到解决，尤其是某３５ｋＶ变电站，从投运以来ＰＴ已连续十几年在系统接地后发生多次烧毁现象，同时高压熔断器也频繁熔断，严重威胁着设备及电网的安全运行。

通过研究及技改，有效地监测各种过电压和解决ＰＴ烧毁问题，为电气故障的有效分析提供数据基础、分析依据，提高供电可靠性，确保企业安全生产、生活用电。

２　原因分析
对于中性点不接地系统，当系统发生单相接地时，故障点流过电容电流，未接地的两相相电压升高√３倍。

但是，一旦接地故障点消除，非接地相在接地故障期间已充的线电压电荷只能通过ＰＴ高压线圈经其自身的接地点流入大地，在这一瞬间电压突变过程中，ＰＴ高压线圈的非接地两相的励磁电流就要突然增大，甚至饱和，导致健全相的ＰＴ烧毁及ＰＴ高压限流熔断器熔断的事故发生，这也是在现行的电力系统中３～３５ｋＶ的ＰＴ频繁发生事故的主要原因。

没有使用过流保护器时流过ＰＴ电流波形，如图１所示；使用过流保护器后流过ＰＴ电流波形，如图２所示。

３　解决思路
３ １　避雷器手车改造
在避雷器手车中安装宽频电压传感器和熔断器；在避雷器手车面板右上方安装数据电缆转接头，在仪表门上加装ＥＰＯ控制器；通过工控机系统，利用ＤＳＰ数字处理器和高速ＦＰＧＡ处理的ＰＣＩ接口采样卡，实时分析处理瞬态、暂态过电压波形，并记录、分析过电压类型和波形。

具有频率高２０ＭＨｚ、响应速度快、数据不失真、数据存储容量大和人机交互界
《电气开关》（２０２１．Ｎｏ．２）
面友好同时配有ＵＳＢ接口和１０３规约接口，便于用户现场读取数据或后台数据通讯并且可以短信通知用户，原理如图３所示一次接线如图４所示，主要有高压限流熔断器、宽频电压传感器、控制器、交换机、
工业控制计算机组成。

图１　没有使用过流保护器时流过ＰＴ
电流波形
图２　使用过流保护器后流过ＰＴ
电流波形
图３　过电压在线监测原理图
３ ２　电压互感器及避雷器手车改造
保留原ＰＴ柜中ＰＴ手车、壳体和部分附件，在原ＰＴ手车中增加一次消谐器和智能开关；原ＰＴ柜中增加专用过电压吸收器，取代避雷器；在仪表门上加装配电聚优控制器。

解决系统过电压类产品解决
不彻底的过电压，有效平缓过电压的上升前沿并削平过电压尖峰，并且能够耐受一定的过电压所产生的大量能量，把过电压限制在系统绝缘水平范围内。

同时，能有效的抑制接地恢复时涌流对电压互感器及Ｐ
Ｔ高压熔断器的损害，更进一步保护电压互感器。

原理如图５所示，一次接线如图６所示，主要由电压互感器、高压限流熔断器、专用过电压吸收器、智能开关、
一次消谐器组成。

图４　
过电压在线监测一次接线图
图５　电压互感器保护原理图
４　接地故障实测数据分析
某３５ｋＶ变电站３５ｋＶ站变高压进线电缆Ｃ相
电缆头绝缘击穿引起接地，引起整个３５ｋＶ系统母线Ｃ相接地，同时长时间接地引发电缆着火造成弧光短路（Ｂ、Ｃ相短路）。

该站３５ｋＶ系统过电压下的设备自我保护与恢复系统正确动作。

装置报Ｃ相弧光接地，同时３５ｋＶＰＴ智能开关ＰＴＫ正确动作，消谐电阻投入。

对ＰＴ及保险进行检查、试验完好。

对接地故障现场数据分析如下：
《电气开关》（２０２１．Ｎｏ．２）
图６　电压互感器保护一次接线图
４ １　故障过程分析
（１）
故障时零序过电压分析：
图７　
正零序电压峰值
图８　三相电压峰值
由图７可以看出，正零序电压峰值为０ ８；由图８可以看出，正常ＡＢＣ三相电压峰值为０ １７５。

则有零序过电压倍数：０ ８／０ １７５＝４ ５７
倍。

图９　负零序电压峰值
由图９可以看出，负零序电压峰值为０ ９，正常ＡＢＣ三相电压峰值为０ １７５，则有负级过电压倍数：
０ ９／０ １７５＝５ １４倍，高于正级过电压倍数。

（２）
故障时非故障相过电压分析：
图１０　非故障相过电压峰值
由图１０可以看出，正常ＡＢＣ三相电压峰值为０ １７５，非故障相电压峰值为０ ４２５，Ｃ相弧光接地，图示为Ａ相的峰值电压倍数０ ４２５／０ １７５＝２ ４３倍，超出线电压倍数１ ７３。

（３）振荡频率分析：
由图１１可以看出，正常ＡＢＣ三相电压峰值为０ １７５，Ｃ相孤光接地，接近２００Ｈｚ的振荡频率。

由图１２可以看出，高频弧光向低频弧光转化过程。

高频弧光向低阻工频接地的转化。

由图１３可以看出，间歇性低频弧光转化为直接接地。

由图１４可以看出，弧光转化为直接接地。

综上所述，接地过程频率分析：开始时的振荡频率为２００Ｈｚ以上，逐渐转化为５０Ｈｚ的低阻接地，最
《电气开关》（２０２１．Ｎｏ．２）
后转换为直接接地。

（４）
重燃的频率分析：
图１１　
高频弧光
图１２　
低频弧光
图１３　低阻工频接地
图１５、图１６为重燃的频率，其中图１４截图为：２０ｍｓ区间，振荡频率超过１ ５ｋＨｚ。

接地介质质变，稳态接地转化为高频接地后彻底击穿。

重燃时间：
５５０ｍｓ。

图１４　
直接接地
图１５　重燃的频率（
低频）
图１６　重燃的频率（高频）
（５）接地到短路的过程：
由图１７可以看出，单相接地转换为相间短路后跳闸短路支路脱离故障恢复。

相间短路时间８００ｍｓ开始时Ｃ相接地，转换为ＢＣ相接地，Ａ相和零序等
《电气开关》（２０２１．Ｎｏ．２）
相位。

图１７　接地到短路
（６）
故障恢复的振荡过程：
图１８　故障恢复的震荡过程
图１８为故障恢复过程：振荡时间：３００ｍｓ，零序存在低频振荡恢复过程。

４ ２　结论
通过以上数据分析可以看出，这是一次典型的弧光接地过程。

接地初期为高频振荡电弧，后期为工频。

由于没有有效的消弧措施，弧光过电压导致另外某个绝缘薄弱点击穿，造成两相异地短路停电。

整个接地过程中，ＰＴ保护正常动作，避免了ＰＴ故障。

５　结束语
该项目的实施，能够有效地解决ＰＴ烧毁及熔断器熔断问题，能够对系统发生的各种过电压类型进行监测，记录各种过电压故障波形，为电气故障的后期原因调查分析、技术改进和责任认定提供数据基础和分析依据；同时优化和完善了系统过电压保护特性，实现对电力设备绝缘的保护，提高供电可靠
性，确保企业安全生产，具有很好的推广应用前景。

参考文献
［１］　邱关源．电路［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００２．［２］　ＧＢ１２０７－２００６．电磁式电压互感器［Ｓ］．
［３］　赵大智．高电压技术［Ｍ］．北京：中国电力出版社，１９９８．［４］　国家能源局．二十五项反事故措施［Ｓ］．
［５］　陈军旗．３５ｋＶ电压互感器烧毁的原因分析及解决方案［Ｊ］．自动化应用，
２０１４，（１）：５９－６０．［６］　武万才，吴志勇，边疆，等．地区电网电磁式电压互感器烧损和高压熔丝熔断原因分析［
Ｊ］．高压电器，２０１１，４７（３）：８７－９２．［７］　张重远，黄涛，任寅寅，等．应用电站设备宽频特性的过电压在线监测装置［
Ｊ］．高电压技术，２０１１，３７（２）：３１０－３１７．收稿日期：２０２１－０１－０３
作者简介：李新强（１９６９－），男，山西高平人，本科，工程师，从事供电生产运
行管理工作檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪。

（上接第９７页）
电进行更换，降低了设备运行可靠性。

建议结合综合检修将运行１
２年以上的电子式液压微动开关更
换为机械式液压微动开关。

图９　液压微动开关Ｂ１的２７－３０节点
５　结束语
本次２２０ｋＶ断路器油压低分合闸总闭锁的异常现象，虽得到了及时妥善的处理，没有引发事故，但为整个系统的稳定运行埋下了一定的安全隐患。

因而除了对该断路器进行节点更换的防范措施之外，更重要的是进一步从设计、制造、配置、安装、施工工艺等环节入手，加强相关反措的全过程管理，避免由于各种原因造成断路器液压微动开关故障引发断路器拒分拒合现象危及到系统的稳定运行，造成越级跳闸或扩大停电范围事故。

收稿日期：２０２０－１２－１７
《电气开关》（２０２１．Ｎｏ．２）。